为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在Matlab/Simulink中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。
针对海上风电场柔性直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)系统传统矢量控制中,PI参数难以整定、需要调制器以及难以实现多目标优化等问题,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control se...
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针对海上风电场柔性直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)系统传统矢量控制中,PI参数难以整定、需要调制器以及难以实现多目标优化等问题,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的新型海上风电VSC-HVDC并网控制策略。该方法结合并网逆变器的离散数学模型,通过电流误差构造价值函数,以价值函数为优化目标,预测并网逆变器未来时刻的开关状态;为避免计算时间延时并实现多目标优化,引入延时补偿和权重系数,产生最优开关组合触发并网逆变器。在Matlab/SIMULINK中建立风电并网系统的仿真模型,并采用FCS-MPC和传统PI控制两种方法实施并网控制,通过对风电场功率波动及电网发生故障等多种运行环境进行仿真,结果有效验证了所提出的FCSMPC方法应用于VSC-HVDC海上风电场并网系统对直流电压的控制能力和故障恢复能力。
有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）提供了一种与众不同的能量处理方法,将功率变换器当做离散和非线性的执行器。它具有无须解耦运算和安装脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）调...
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有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）提供了一种与众不同的能量处理方法,将功率变换器当做离散和非线性的执行器。它具有无须解耦运算和安装脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）调制器等优点,被广泛应用于电力电子变换器。传统FCS-MPC在延时补偿问题上采用拉格朗日外推法对未来参考值进行修正,但这种方法在出现阶跃变化时峰值较大。考虑到三相系统变量的矢量表示法后,能够根据一次采样时间的矢量角变化来估算未来参考值。因此,该文基于光伏并网逆变器,运用矢量角补偿法对FCS-MPC延时补偿后带来的未来参考值偏离进行修正,研究光伏光照强度变化时并网的动态控制效果,这个简单的补偿方法允许预测控制模型包含延时,并能够避免受控变量出现较大的纹波,同时该文在代价函数中加入了开关频率约束项,减少开关损耗,同时不会造成输出电流畸变。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证这种模型预测控制器在光照波动时并网运行过程中具有良好的控制性能,并论证此方法的可行性。
逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control ...
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逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
电力电子变换器在能源转换以及并网的可控、高效以及可靠运行中起到了非常重要的作用,其控制性能直接影响系统输出的电能质量。考虑到电力电子变换器的固有特性,具有控制灵活、无需调制单元、能够实现多目标非线性控制等优点的有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)已经成为电力电子变换器控制领域研究的热点。在FCS-MPC系统中,控制动作是由一个单一的控制器来实现的,这个控制器从所有有效开关状态中在线选择使预先定义好的、能代表系统期望性能的代价函数最小的开关状态作用于电力电子变换器。因此,适当的代价函数可以优化许多重要参数(如开关频率,开关损耗,无功功率、电动机转矩脉动等)。这样,预测控制器可以取代传统系统中的调制单元和级联多环路PI控制,同时可以提供在多目标必须被同时满足的场合所需的工业灵活性、简单化和基于软件的优化解决方案。本文中,以三相电压型逆变器为控制对象详细讲述了FCS-MPC的控制原理,分别对其基本思想、预测模型、代价函数及权重系数设计和滚动优化做了阐述。首先,比较了FCS-MPC与传统控制方法的优劣性,本文对传统滞环电流控制方法和基于脉宽调制的线性控制方法做了介绍,并且通过Matlab/Simulink仿真给出了滞环电流控制方法和FCS-MPC方法在相同条件下的控制对比。其次,分析了FCS-MPC存在的一个问题即计算时间所产生的延时对系统的影响,传统FCS-MPC在延时补偿问题上采用拉格朗日外推法对未来参考值进行修正,但这种方法在参考值出现阶跃变化时峰值较大。考虑到三相系统变量的矢量表示法后,能够根据一次采样时间的矢量角变化来估算未来参考值,改善其参考值阶跃变化时峰值较大的问题,并且给出了有延时不补偿、有延时用外推法补偿参考值和有延时用矢量角补偿法三者的对比情况。最后,将改善后的FCS-MPC策略应用到光伏并网以及电机拖动当中,通过Matlab/Simulink仿真进一步验证这种方法的可行性以及有效性。
在新能源发电中,三相并网逆变器的性能直接影响了新能源的利用效率和并网电能质量。多年来,高性能的控制方法一直是学者们研究的重点。模型预测控制是起源于工业生产过程控制的控制算法,该算法具有对系统建模精度要求不高、稳态性和动态性能强、无需复杂的参数计算以及代价函数的灵活性等诸多优势,因而有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)引起众多学者的广泛关注。首先,对FCS-MPC的基本概念和特点进行介绍,在有限控制集模型预测控制研究现状的基础上,引出本文要拟解决的主要问题:动作延时影响和系统运算量大。详细讲述了FCS-MPC的控制原理,分别对其基本原理和代价函数做了阐述;同时建立了在不同坐标系下的三相两电平并网逆变器的数学模型。通过分析传统FCS-MPC存在动作延时影响,为了解决FCS-MPC的动作延时问题,采用一种改进FCS-MPC—“两步预测”的方法预测电流。通过增加预测次数的方式对预测控制进行延时补偿,同时对代价函数中未来参考值采用矢量角补偿法进行预估,以获得较好的阶跃响应性能。结合仿真进一步验证改进控制策略算法的有效性,改善了逆变器输出电流波形质量。其次,针对FCS-MPC控制策略的系统运算量大的问题,在改进FCS-MPC控制策略基础上,研究了一种事件触发有限控制集模型预测控制(Event Triggered Finite Control Set Model Predictive Control,ET-FCS-MPC)方法,该方法仅在并网逆变器状态误差超过预先设定的阈值时才触发FCS-MPC方案,否则,FCS-MPC方案将被挂起,控制信号和开关行为将与上一时刻相同。因此,与传统方法相比,该方法具有计算量少,切换动作少的优点。此外,带来了降低功率开关管的开关损耗的额外好处,提高了系统效率。最后,在MATLAB/Simulink中建立三相逆变器仿真模型,结合仿真进一步验证本文所采用控制策略算法的有效性和可行性,仿真结果表明所述控制策略算法都能达到预期的目标,并验证了理论分析的正确性。该论文有图47幅,表5个,参考文献74篇。
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